JP2003234104A - Carbon black for electrode of battery or electric double layer-type capacitor - Google Patents

Carbon black for electrode of battery or electric double layer-type capacitor

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon black for an electrode of a battery or an electric double layer-type capacitor wherein the battery or the electric double layer-type capacitor superior in a capacity, heavy loading characteristic, and cycle characteristic can be manufactured. <P>SOLUTION: This is the carbon black used as the electrode composition of the battery or the electric double layer-type capacitor, and the micropore width is in a range from 4.0 to 8.0 Å and the maximum value of the micropore volume is from 0.060 to 0.135 ml/Å/g when the micropore volume led from a relational curve between a micropore volume and a micropore width becomes to have the maximum value. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、リチウム電池、マ
ンガン電池、アルカリマンガン電池等の一次電池や、リ
チウムイオン電池、リチウムポリマー電池、空気亜鉛電
池、ニッケル水素電池、高分子型電池、ナトリウム硫黄
電池、亜鉛臭素電池等の二次電池、および電気二重層型
キャパシターの電極組成として使用されるカーボンブラ
ックに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a primary battery such as a lithium battery, a manganese battery, an alkali manganese battery, a lithium ion battery, a lithium polymer battery, an air zinc battery, a nickel hydrogen battery, a polymer battery, a sodium sulfur battery. , Carbon black used as an electrode composition of secondary batteries such as zinc bromine batteries and electric double layer capacitors.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子機器の小型軽量化、多機能
化、コードレス化の要求に伴い、高性能電池および高性
能キャパシターの開発が積極的に進められている。電池
は、使い切りタイプの一次電池と、充電により繰り返し
使用が可能な二次電池に分けることができる。前者の例
としては、軽金属および二酸化マンガンを用いた有機電
解液電池(リチウム一次電池等)、マンガン一次電池、
アルカリマンガン一次電池などが挙げられ、後者の例と
しては水素吸蔵合金を用いたアルカリ二次電池(ニッケ
ル水素二次電池等)、リチウム化合物を用いた非水電解
液二次電池(リチウムイオン二次電池等)、リチウムポ
リマー二次電池、空気亜鉛二次電池、高分子型二次電
池、ナトリウム硫黄二次電池、亜鉛臭素二次電池等が挙
げられる。また、キャパシターとしては、活性炭系の炭
素材料の表面に電荷を保持、利用するタイプの電気二重
層型キャパシターが挙げられる。
2. Description of the Related Art In recent years, development of high-performance batteries and high-performance capacitors has been actively promoted in response to demands for smaller and lighter electronic devices, multifunctionalization, and cordlessness. Batteries can be divided into single-use type primary batteries and secondary batteries that can be repeatedly used by charging. Examples of the former include organic electrolyte batteries (such as lithium primary batteries) using light metals and manganese dioxide, manganese primary batteries,
Examples of the latter are alkaline manganese primary batteries. Examples of the latter are alkaline secondary batteries using hydrogen storage alloys (such as nickel-hydrogen secondary batteries) and non-aqueous electrolyte secondary batteries using lithium compounds (lithium ion secondary batteries). Batteries, etc.), lithium polymer secondary batteries, air zinc secondary batteries, polymer secondary batteries, sodium-sulfur secondary batteries, zinc-bromine secondary batteries, and the like. Further, as the capacitor, an electric double layer type capacitor of a type in which an electric charge is retained and utilized on the surface of an activated carbon-based carbon material can be mentioned.

【0003】高性能化の一環として、各種電池や電気二
重層型キャパシターの活物質として使用される化合物か
ら発生する電子を集電体まで効率的に運ぶためのキャリ
アー材として、カーボンブラックがしばしば用いられ
る。
As a part of higher performance, carbon black is often used as a carrier material for efficiently transporting electrons generated from compounds used as active materials of various batteries and electric double layer type capacitors to a current collector. To be

【0004】例としてリチウムイオン二次電池の場合を
挙げる。
As an example, a case of a lithium ion secondary battery will be described.

【0005】リチウムイオン二次電池は、正極活物質と
して、遷移金属のリチウム含有複合酸化物、すなわち層
状構造を有するLiMO2あるいはスピネル構造を有す
るLiM24(ただし、Mは遷移金属、例えばコバル
ト、マンガン、ニッケル、鉄のいずれか)等を用いると
共に、負極物質としてリチウムイオンを吸蔵して層間化
合物を形成する炭素材料を用い、正極と負極との間で一
方が放出したリチウムイオンを他方が吸蔵するという可
逆反応によって充放電を行うものである。リチウムイオ
ン二次電池の更なる高容量化、重負荷特性向上のための
研究が進められている。ここで上記正極物質として用い
られるリチウム複合酸化物は、電子のキャリアー材とし
ての性能が低いため、カーボンブラックなどの電子キャ
リアー材を含有させて正極として用いるのが一般的であ
る。
The lithium ion secondary battery uses a lithium-containing composite oxide of a transition metal as a positive electrode active material, that is, LiMO 2 having a layered structure or LiM 2 O 4 having a spinel structure (where M is a transition metal such as cobalt. , Manganese, nickel, or iron) and the like, and a carbon material that occludes lithium ions to form an intercalation compound as a negative electrode material, and one of the lithium ions released between the positive electrode and the negative electrode Charging / discharging is performed by a reversible reaction of occluding. Research is underway to further increase the capacity and improve the heavy load characteristics of lithium-ion secondary batteries. Since the lithium composite oxide used as the positive electrode material here has low performance as an electron carrier material, it is generally used as a positive electrode by incorporating an electron carrier material such as carbon black.

【0006】しかし、従来多用されているカーボンブラ
ック系の電子キャリアー材(アセチレンブラック等)
は、カーボンブラックを使用しない系よりは高容量化が
図れ、また重負荷特性が向上するが、未だ満足する性能
には至っていない。
However, a carbon black type electron carrier material (acetylene black etc.) which has been widely used in the past.
Has higher capacity and improved heavy load characteristics than a system that does not use carbon black, but has not yet achieved satisfactory performance.

【0007】この解決のために、例えば特開平11−4
0139号公報には、特定のジブチルフタレート(DB
P)吸油量を有し、且つ、乾燥状態で加圧された比抵抗
が10Ω・cm以下に限定されたカーボンブラックが提
案されている。しかし、乾燥状態で加圧された比抵抗は
カーボンブラックそのものの導電性の指標ではあるが、
系中に一定量カーボンブラックを含む場合の導電性が反
映されておらず、上記問題点の改善には直接繋がってい
ないのが現状である。
To solve this problem, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-4
No. 0139 discloses a specific dibutyl phthalate (DB
P) A carbon black that has an oil absorption amount and that has a specific resistance when pressed in a dry state is limited to 10 Ω · cm or less is proposed. However, although the specific resistance that is pressed in the dry state is an index of the conductivity of carbon black itself,
In the present situation, the conductivity when a certain amount of carbon black is contained in the system is not reflected, and it does not directly lead to the improvement of the above problems.

【0008】また、特開2001−167767号公報
には、正極合剤成分として、DBP吸油量が100〜1
000ml/gのカーボンブラックを使用し、容量や高
温下でのサイクル特性を改善する方法を提案している
が、未だ満足する性能には至っていない。
Further, in JP-A-2001-167767, a DBP oil absorption of 100 to 1 is used as a positive electrode mixture component.
Although a method of using 000 ml / g of carbon black to improve the capacity and the cycle characteristics at high temperature has been proposed, it has not yet reached satisfactory performance.

【0009】リチウムイオン二次電池以外の電池、電気
二重層型キャパシターでも同様であり、例えば、リチウ
ム−二酸化マンガン電池では、特開昭63−960号公
報、特開平2−155168号公報に、正極合剤におけ
る導電材として黒鉛化構造の発達したカーボンブラック
を用い、放電電圧を高める方法が提案されている。ま
た、ニッケル水素二次電池では、特開2000−123
832号公報に、粉砕したカーボンブラックを導電剤と
して用い、急放電特性の優れた電極を作製する方法が提
案されている。
The same applies to batteries other than lithium-ion secondary batteries and electric double layer capacitors. For example, in the case of lithium-manganese dioxide batteries, the positive electrode is described in JP-A-63-960 and JP-A-2-155168. A method of increasing discharge voltage by using carbon black having a graphitized structure as a conductive material in a mixture has been proposed. Further, in a nickel-hydrogen secondary battery, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-123
Japanese Patent No. 832 proposes a method of using crushed carbon black as a conductive agent to produce an electrode having excellent rapid discharge characteristics.

【0010】さらに、電気二重層型キャパシターでは、
特開平5−326327号公報に、導電ゴムの平板状袋
に活性炭−硫酸混練体を収容し、この袋を集電体として
電極を形成し、隔壁をもつプラスチック電槽に挿入する
ことで、内部抵抗の小さい電気二重層コンデンサーを作
製する方法が提案されている。また、特開平9−275
041号公報には、比表面積が1000m2/g以上の
カーボンブラックを用いて分極性電極を形成すること
で、高容量化する方法が提案されているが、更なる容
量、重負荷特性、サイクル特性の向上が望まれている。
Further, in the electric double layer type capacitor,
In Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-326327, an activated carbon-sulfuric acid kneading body is housed in a flat bag of conductive rubber, an electrode is formed using this bag as a current collector, and the bag is inserted into a plastic battery case having a partition wall. A method for producing an electric double layer capacitor having a low resistance has been proposed. In addition, JP-A-9-275
Japanese Patent Publication No. 041 has proposed a method of increasing the capacity by forming a polarizable electrode using carbon black having a specific surface area of 1000 m 2 / g or more, but further capacity, heavy load characteristics, cycle Improvement of characteristics is desired.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明は前述の問題を
解決するためになされたものであり、電池または電気二
重層型キャパシターの電極組成として用いられるカーボ
ンブラックであって、容量、重負荷特性、サイクル特性
の良好な電池または電気二重層型キャパシターを製造す
ることができるカーボンブラックを提供することを目的
とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is a carbon black used as an electrode composition of a battery or an electric double layer type capacitor, which has characteristics of capacity and heavy load. An object of the present invention is to provide a carbon black capable of producing a battery or an electric double layer type capacitor having good cycle characteristics.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するため、本用途に用いられるカーボンブラック
として、どのような性状を有することが相応しいかに関
し、カーボンブラックの細孔や表面官能基に起因する揮
発分組成に着目し鋭意検討を重ねた結果、特定のミクロ
細孔形状、細孔容積を有するカーボンブラックが電池、
キャパシター性能を向上させることを見出し、本発明を
完成させるに至った。
In order to achieve the above-mentioned object, the inventors of the present invention are concerned with what kind of properties are suitable for the carbon black used in this application. As a result of repeated intensive studies focusing on the volatile composition resulting from the functional group, carbon black having a specific micropore shape and pore volume is used for batteries,
The inventors have found that the capacitor performance is improved and have completed the present invention.

【0013】したがって、本発明は、電池または電気二
重層型キャパシターの電極組成として用いられるカーボ
ンブラックであって、ミクロ細孔容積とミクロ細孔幅の
関係曲線から導かれるミクロ細孔容積が最大値となると
ころのミクロ細孔幅が4.0〜8.0オングストローム
の範囲内にあり、かつミクロ細孔容積の最大値が0.0
60〜0.135ml/オングストローム/gであること
を特徴とする、電池または電気二重層型キャパシターの
電極用カーボンブラックを提供するものである。
Therefore, the present invention is a carbon black used as an electrode composition of a battery or an electric double layer type capacitor, in which the maximum value of the micropore volume derived from the relationship curve between the micropore volume and the micropore width is the maximum value. Where the micropore width is within the range of 4.0 to 8.0 angstrom, and the maximum value of the micropore volume is 0.0
A carbon black for an electrode of a battery or an electric double layer type capacitor, which is characterized in that the amount is 60 to 0.135 ml / angstrom / g.

【0014】前記においては、カーボンブラックのミク
ロ細孔容積の最大値が、0.075〜0.135ml/
オングストローム/gであることが好ましく、より好ま
しくは0.090〜0.135ml/オングストローム/
gであるのがよい。
In the above, the maximum value of the micropore volume of carbon black is 0.075 to 0.135 ml /
It is preferably angstrom / g, more preferably 0.090 to 0.135 ml / angstrom / g.
It should be g.

【0015】また、前記電極用カーボンブラックにおい
ては、全細孔容積が3.5〜5.0ml/gであること
が好ましく、全細孔容積が4.0〜5.0ml/gであ
ることがより好ましい。また、前記カーボンブラックの
950℃における揮発分の一酸化炭素/二酸化炭素の比
(以下、「CO/CO2」)は、6.0〜10.0の範囲
内にあることが好ましい。このように細孔特性および表
面官能基特性を規定することで、電池および電気二重層
型キャパシターの容量、重負荷特性、サイクル特性を高
めることができる。
In the carbon black for electrodes, the total pore volume is preferably 3.5 to 5.0 ml / g, and the total pore volume is 4.0 to 5.0 ml / g. Is more preferable. The ratio of carbon monoxide / carbon dioxide (hereinafter, “CO / CO 2 ”) of volatile matter at 950 ° C. of the carbon black is preferably in the range of 6.0 to 10.0. By defining the pore characteristics and the surface functional group characteristics in this way, it is possible to enhance the capacity, heavy load characteristics, and cycle characteristics of the battery and the electric double layer type capacitor.

【0016】従って上記観点からは、カーボンブラック
特性としては、ミクロ細孔幅が4.5〜7.5オングス
トロームの範囲内にあり、かつミクロ細孔容積の最大値
が0.095〜0.130ml/オングストローム/g
で、全細孔容積が4.1〜4.9ml/gで、CO/CO
2が6.5〜9.5であることが一層好ましく、特に、
ミクロ細孔幅が5.0〜7.0オングストロームの範囲
内にあり、かつミクロ細孔容積の最大値が0.100〜
0.125ml/オングストローム/gで、全細孔容積が
4.2〜4.8ml/gで、前記一酸化炭素/二酸化炭
素の比が7.0〜9.0であることがより一層好まし
い。
From the above viewpoint, therefore, as the carbon black characteristics, the micropore width is in the range of 4.5 to 7.5 angstrom and the maximum value of the micropore volume is 0.095 to 0.130 ml. / Angstrom / g
And the total pore volume is 4.1-4.9 ml / g, CO / CO
2 is more preferably 6.5 to 9.5, and particularly,
The micropore width is in the range of 5.0 to 7.0 angstrom and the maximum value of the micropore volume is 0.100 to
It is even more preferred that the total pore volume is 0.125 ml / angstrom / g, the total pore volume is 4.2 to 4.8 ml / g, and the carbon monoxide / carbon dioxide ratio is 7.0 to 9.0.

【0017】本発明の電極用カーボンブラックは、電池
電極の中でも一次電池又は二次電池の電極に好ましく用
いられる。
The carbon black for electrodes of the present invention is preferably used as an electrode of a primary battery or a secondary battery among battery electrodes.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below.

【0019】本発明の電池または電気二重層型キャパシ
ターの電極用カーボンブラックは、ミクロ細孔容積とミ
クロ細孔幅の関係曲線から導かれるミクロ細孔容積が最
大値となるところのミクロ細孔幅が、4.0〜8.0オ
ングストロームの範囲内にある。前記ミクロ細孔幅が
4.0オングストローム以上であれば、電解液との親和
性が良好となるため、結果として電池、キャパシター性
能の向上を図ることができる。また、前記ミクロ細孔幅
が8.0オングストローム以下であれば、カーボンブラ
ックの分散性が向上するため、結果として電池、キャパ
シター性能の向上を図ることができる。この場合、ミク
ロ細孔容積の最大値は、0.060ml/オングストロ
ーム/g以上0.135ml/オングストローム/g以下
の範囲にある。ミクロ細孔容積の最大値が0.060m
l/オングストローム/g以上であれば、電解液との親和
性が良好となるため、結果として電池性能が向上し、
0.135ml/オングストローム/g以下であれば、カ
ーボンブラックの分散性が向上するため、結果として電
池およびキャパシター性能の向上を図ることができる。
ミクロ細孔容積の最大値は、好ましくは0.075〜
0.135ml/オングストローム/gであり、より好ま
しくは0.090〜0.135ml/オングストローム/
gである。
The carbon black for electrodes of the battery or the electric double layer type capacitor of the present invention has a micropore width at which the maximum value of the micropore volume derived from the relationship curve between the micropore volume and the micropore width is reached. Is in the range of 4.0 to 8.0 angstroms. When the micropore width is 4.0 angstroms or more, the affinity with the electrolytic solution becomes good, and as a result, the battery and capacitor performance can be improved. When the micropore width is 8.0 angstroms or less, the dispersibility of carbon black is improved, and as a result, the battery and capacitor performance can be improved. In this case, the maximum value of the micropore volume is in the range of 0.060 ml / angstrom / g or more and 0.135 ml / angstrom / g or less. The maximum value of micropore volume is 0.060m
If it is 1 / Angstrom / g or more, the affinity with the electrolytic solution is good, and as a result, the battery performance is improved,
When it is 0.135 ml / angstrom / g or less, the dispersibility of carbon black is improved, and as a result, the battery and capacitor performance can be improved.
The maximum value of the micropore volume is preferably 0.075 to
0.135 ml / angstrom / g, and more preferably 0.090 to 0.135 ml / angstrom / g.
It is g.

【0020】より一層電池容量を高める観点からは、カ
ーボンブラックのミクロ細孔容積とミクロ細孔幅の関係
曲線から導かれるミクロ細孔容積が最大値となるところ
のミクロ細孔幅が4.5〜7.5オングストロームの範
囲内にあり、かつミクロ細孔容積の最大値が0.095
〜0.130ml/オングストローム/gであることが好
ましい。特に、前記ミクロ細孔幅が5.0〜7.0オン
グストロームの範囲内にあり、かつミクロ細孔容積の最
大値が0.100〜0.125ml/オングストローム/
gであることが好ましい。
From the viewpoint of further increasing the battery capacity, the micropore width at which the maximum value of the micropore volume derived from the relationship curve between the micropore volume and the micropore width of carbon black is 4.5 is 4.5. Is in the range of ~ 7.5 Å and the maximum micropore volume is 0.095.
It is preferably about 0.130 ml / angstrom / g. In particular, the micropore width is in the range of 5.0 to 7.0 angstrom and the maximum value of the micropore volume is 0.100 to 0.125 ml / angstrom /
It is preferably g.

【0021】本発明におけるミクロ細孔容積とミクロ細
孔幅の関係曲線は、以下のようにして、カンタークロム
社製のオートソープ1―MP型(またはそれと同等の機
能を有する装置でもよい)を使用して測定された値であ
る。
The relationship curve between the micropore volume and the micropore width in the present invention is as follows, using an Autosoap 1-MP type manufactured by Canterchrome Co. (or an apparatus having a function equivalent thereto) may be used. It is the value measured by using.

【0022】ミクロ細孔容積及びミクロ細孔幅は、予め
200℃で12時間以上乾燥させた試料に、液体窒素温
度下で窒素ガスを吸着させ、窒素の吸着平衡圧の下、試
料表面に吸着しているガス量から吸着・脱離等温線を求
め、得られた等温線の吸着側の値をHK法で解析して、
ミクロ細孔幅とミクロ細孔容積の関係を算出することに
より求める。ミクロ細孔幅とは、カーボンブラックには
20オングストローム以下のミクロ孔が存在している場
合があり、HK法によりこの微細な細孔をスリットと仮
定した場合の幅を意味する。
The micropore volume and the micropore width are determined by adsorbing nitrogen gas at a liquid nitrogen temperature on a sample previously dried at 200 ° C. for 12 hours or more and adsorbing it on the sample surface under an adsorption equilibrium pressure of nitrogen. The adsorption / desorption isotherm is obtained from the amount of gas being stored, and the value on the adsorption side of the obtained isotherm is analyzed by the HK method.
It is determined by calculating the relationship between the micropore width and the micropore volume. The micropore width means that the carbon black may have micropores of 20 angstroms or less, and the fine pores are assumed to be slits by the HK method.

【0023】また、本発明の電池または電気二重層型キ
ャパシターの電極用カーボンブラックにあっては、全細
孔容積が3.5〜5.0ml/gであることが好まし
く、より好ましくは4.0〜5.0ml/gである。全
細孔容積が3.5ml/g以上の場合は、電解液との親
和性が良好となり、結果として電池およびキャパシター
性能の向上を図ることができる。また、5.0ml/g
以下の場合は、カーボンブラックの分散性が良好とな
り、結果として電池およびキャパシター性能の向上を図
ることができる。さらに電気容量を高めるためには、全
細孔容積は4.1〜4.9ml/gであることが好まし
く、特に好ましくは4.2〜4.8ml/gである。
In the carbon black for electrodes of the battery or electric double layer type capacitor of the present invention, the total pore volume is preferably 3.5 to 5.0 ml / g, more preferably 4. It is 0 to 5.0 ml / g. When the total pore volume is 3.5 ml / g or more, the affinity with the electrolytic solution becomes good, and as a result, the battery and capacitor performance can be improved. Also 5.0 ml / g
In the following cases, the dispersibility of carbon black is good, and as a result, the battery and capacitor performance can be improved. To further increase the electric capacity, the total pore volume is preferably 4.1 to 4.9 ml / g, particularly preferably 4.2 to 4.8 ml / g.

【0024】カーボンブラックの表面特性は、前述した
細孔特性のほか、カーボンブラックの表面官能基の種類
や存在量によっても異なると考えられる。そこで、本発
明では、カーボンブラックを一定温度で加熱した際に発
生する揮発分(酸素、水素、一酸化炭素、二酸化炭素
等)について詳細な検討を行い、揮発分とカーボンブラ
ックの表面特性とは密接な関係があることを見出した。
特に、電池または電気二重層型キャパシターの電極用に
用いる場合は、カーボンブラックの950℃における揮
発分のCO/CO2が、6.0〜10.0の範囲内にある
ことが好ましい。CO/CO2を6.0以上とすること
で、電池やキャパシターに用いられるフッ化ビニリデン
樹脂やテトラフルオロエチレン等の結着剤との親和性が
良好となり、電池および電気二重層型キャパシターの高
容量化を図ることができる。一方、CO/CO2を10.
0以下とすることで、カーボンブラックの分散性が向上
するため、結果として電池およびキャパシター性能の向
上を図ることができる。さらなる高容量化を図るために
は、CO/CO2は、より好ましくは6.5〜9.5、特
に好ましくは7.0〜9.0の範囲内にあるのがよい。
The surface characteristics of carbon black are considered to vary depending on the kind and the amount of surface functional groups of carbon black, in addition to the above-mentioned pore characteristics. Therefore, in the present invention, the volatile matter (oxygen, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, etc.) generated when the carbon black is heated at a constant temperature is examined in detail, and the volatile matter and the surface characteristics of the carbon black are We found that there is a close relationship.
In particular, when used for electrodes of batteries or electric double layer type capacitors, CO / CO 2 of volatile matter of carbon black at 950 ° C. is preferably in the range of 6.0 to 10.0. By setting CO / CO 2 to 6.0 or more, the affinity with the binder such as vinylidene fluoride resin or tetrafluoroethylene used for batteries and capacitors is improved, and the high performance of batteries and electric double layer capacitors is achieved. The capacity can be increased. On the other hand, CO / CO 2 of 10.
When it is 0 or less, the dispersibility of carbon black is improved, and as a result, the battery and capacitor performance can be improved. In order to further increase the capacity, CO / CO 2 is more preferably 6.5 to 9.5, and particularly preferably 7.0 to 9.0.

【0025】本発明のカーボンブラックは、ガスファー
ネス法、オイルファーネス法、デグサガスファーネス
法、アセチレン法、サーマル法、チャンネル法、テキサ
コ法、シェル法等、炭化水素類を不完全燃焼させてカー
ボンブラックを生成する一般的な方法を用い、炉内温
度、圧力、およびガス成分を任意選定することにより製
造することができる。また、これら方法により作製され
た本発明以外の性状を有するカーボンブラックを、水蒸
気や高温等の二次処理を施すことにより製造することも
できる。
The carbon black of the present invention is obtained by incompletely burning hydrocarbons such as gas furnace method, oil furnace method, degussa gas furnace method, acetylene method, thermal method, channel method, Texaco method, shell method and the like. Can be produced by using a general method for producing the above, by arbitrarily selecting the temperature, pressure and gas component in the furnace. Further, the carbon black produced by these methods and having properties other than the present invention can also be produced by subjecting it to a secondary treatment such as steam or high temperature.

【0026】中でも、芳香族系液状炭化水素にカーボン
ブラックを混合した液状炭化水素(カーボンオイル)、
A重油、C重油、あるいはナフサの熱分解油を原料油と
して用い、炉内温度:1200〜1600℃、炉内圧
力:10〜80kg/cm2、炉内へ供給される水蒸気の
量がその液状炭化水素1トン当たり200〜1300k
gの条件で運転して得る方法や、この方法によって得ら
れたカーボンブラックを不活性雰囲気内200〜900
℃で二次処理して作製する方法が好ましい。
Among them, a liquid hydrocarbon (carbon oil) in which carbon black is mixed with an aromatic liquid hydrocarbon,
Using A heavy oil, C heavy oil, or pyrolysis oil of naphtha as a feedstock oil, the temperature inside the furnace is 1200 to 1600 ° C., the pressure inside the furnace is 10 to 80 kg / cm 2 , and the amount of steam supplied into the furnace is liquid. 200-1300k per ton of hydrocarbon
g of carbon black obtained by this method or in an inert atmosphere at 200 to 900
A method of secondary treatment at ℃ is preferred.

【0027】本発明のカーボンブラックは、電池、電気
二重層型キャパシターの電極組成として用いられる。具
体的には、リチウム電池、マンガン電池、アルカリマン
ガン電池等の一次電池、リチウムイオン電池、リチウム
ポリマー電池、空気亜鉛電池、ニッケル水素電池、高分
子型電池、ナトリウム硫黄電池、亜鉛臭素電池等の二次
電池および電気二重層型キャパシターが挙げられる。
The carbon black of the present invention is used as an electrode composition of batteries and electric double layer type capacitors. Specifically, secondary batteries such as lithium batteries, manganese batteries, alkaline manganese batteries and other primary batteries, lithium ion batteries, lithium polymer batteries, zinc-air batteries, nickel-hydrogen batteries, polymer type batteries, sodium-sulfur batteries, zinc-bromine batteries, etc. Examples include secondary batteries and electric double layer capacitors.

【0028】本発明のカーボンブラックの使用量は特に
限定されないが、好ましくは、正あるいは負極活物質1
00質量部に対して0.1〜25.0質量部であり、さ
らに好ましくは0.2〜20.0質量部である。
The amount of carbon black used in the present invention is not particularly limited, but preferably positive or negative electrode active material 1
It is 0.1 to 25.0 parts by mass, more preferably 0.2 to 20.0 parts by mass, relative to 00 parts by mass.

【0029】また、本発明のカーボンブラックを用いた
電極の作製法としては、予めカーボンブラックの分散液
を作製し、この分散液に活物質、結着剤、各種添加剤を
加え更に分散させ、集電体に塗布後乾燥する方法、カー
ボンブラック、活物質、結着剤、各種添加剤を同時に溶
液に分散させ、集電体に塗布後乾燥する方法、カーボン
ブラック、活物質、結着剤、各種添加剤を乾式混合機に
より分散させ、圧縮成形等加圧により集電体に結着させ
る方法などが用いられる。
As a method for producing an electrode using the carbon black of the present invention, a dispersion of carbon black is prepared in advance, and an active material, a binder and various additives are added to this dispersion and further dispersed, A method of coating and drying the current collector, carbon black, an active material, a binder, a method of simultaneously dispersing various additives in a solution, a method of coating and drying the current collector, carbon black, an active material, a binder, A method in which various additives are dispersed by a dry mixer and the binder is bound to the current collector by pressurization such as compression molding is used.

【0030】なお、分散機としては、ボールミル、サン
ドミル、三本ロール、高速ディスパーザー等塗料作製時
に使用される分散機や、ヘンシェルミキサー、遊星ボー
ルミル等の乾式混合機等公知の分散機が使用できる。
As the disperser, a known disperser such as a ball mill, a sand mill, a triple roll, a high speed disperser or the like used for preparing a coating material, a Henschel mixer, a planetary ball mill or the like dry mixer can be used. .

【0031】[0031]

【実施例】以下、実施例及び比較例を用いて本発明を更
に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに
制限されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0032】(カーボンブラックの調製) 初留温度:180〜190℃、10%留出温度:205
〜215℃、50%留出温度:250〜260℃、97
%留出温度:320〜340℃である炭化水素を原料油
として用いた。
(Preparation of carbon black) Initial distillation temperature: 180 to 190 ° C., 10% distillation temperature: 205
~ 215 ° C, 50% distillation temperature: 250-260 ° C, 97
% Distillation temperature: A hydrocarbon having a temperature of 320 to 340 ° C. was used as a feed oil.

【0033】<カーボンブラックB−1> 炉内温度:1400℃、炉内圧力:30Kg/cm2
炉内へ供給する水蒸気の量を原料炭化水素に対して50
0kg/トンの条件下で原料炭化水素を反応させ、カー
ボンブラックB−1を得た。
<Carbon Black B-1> In-furnace temperature: 1400 ° C., in-furnace pressure: 30 Kg / cm 2 ,
The amount of steam supplied to the furnace is 50 with respect to the raw hydrocarbon.
The raw material hydrocarbon was reacted under the condition of 0 kg / ton to obtain carbon black B-1.

【0034】<カーボンブラックB−2> 炉内温度:1500℃、炉内圧力:30Kg/cm2
炉内へ供給する水蒸気の量を原料炭化水素に対して80
0kg/トンの条件下で原料炭化水素を反応させ、カー
ボンブラックB−2を得た。
<Carbon Black B-2> Furnace temperature: 1500 ° C., furnace pressure: 30 Kg / cm 2 ,
The amount of steam supplied to the furnace is 80 with respect to the raw hydrocarbons.
The raw material hydrocarbon was reacted under the condition of 0 kg / ton to obtain carbon black B-2.

【0035】<カーボンブラックB−3> 炉内温度:1250℃、炉内圧力:30Kg/cm2
炉内へ供給する水蒸気の量を原料炭化水素に対して80
0kg/トンの条件下で原料炭化水素を反応させ、カー
ボンブラックB−3を得た。
<Carbon Black B-3> Furnace temperature: 1250 ° C., Furnace pressure: 30 Kg / cm 2 ,
The amount of steam supplied to the furnace is 80 with respect to the raw hydrocarbons.
The raw material hydrocarbon was reacted under the condition of 0 kg / ton to obtain carbon black B-3.

【0036】<カーボンブラックB−4> 炉内温度:1300℃、炉内圧力:30Kg/cm2
炉内へ供給する水蒸気の量を原料炭化水素に対して10
00kg/トンの条件下で原料炭化水素を反応させ、カ
ーボンブラックB−4を得た。
<Carbon Black B-4> Furnace temperature: 1300 ° C., furnace pressure: 30 Kg / cm 2 ,
The amount of steam supplied to the furnace is 10 with respect to the raw material hydrocarbon.
Raw material hydrocarbons were reacted under the condition of 00 kg / ton to obtain carbon black B-4.

【0037】<カーボンブラックB−5> 炉内温度:1500℃、炉内圧力:30Kg/cm2
炉内へ供給する水蒸気の量を原料炭化水素に対して10
00kg/トンの条件下で原料炭化水素を反応させ、カ
ーボンブラックB−5を得た。
<Carbon Black B-5> Furnace temperature: 1500 ° C., Furnace pressure: 30 Kg / cm 2 ,
The amount of steam supplied to the furnace is 10 with respect to the raw material hydrocarbon.
The raw material hydrocarbon was reacted under the condition of 00 kg / ton to obtain carbon black B-5.

【0038】<カーボンブラックB−6> 炉内温度:1400℃、炉内圧力:30Kg/cm2
炉内へ供給する水蒸気の量を原料炭化水素に対して80
0kg/トンの条件下で原料炭化水素を反応させ、カー
ボンブラックB−6を得た。
<Carbon Black B-6> In-furnace temperature: 1400 ° C., in-furnace pressure: 30 Kg / cm 2 ,
The amount of steam supplied to the furnace is 80 with respect to the raw hydrocarbons.
The raw material hydrocarbon was reacted under the condition of 0 kg / ton to obtain carbon black B-6.

【0039】<カーボンブラックB−7> 炉内温度:1400℃、炉内圧力:30Kg/cm2
炉内へ供給する水蒸気の量を原料炭化水素に対して11
00kg/トンの条件下で原料炭化水素を反応させ、カ
ーボンブラックB−7を得た。
<Carbon Black B-7> In-furnace temperature: 1400 ° C., in-furnace pressure: 30 Kg / cm 2 ,
The amount of steam supplied to the furnace is 11 with respect to the raw hydrocarbon.
The raw material hydrocarbon was reacted under the condition of 00 kg / ton to obtain carbon black B-7.

【0040】<カーボンブラックB−8> 炉内温度:1250℃、炉内圧力:30Kg/cm2
炉内へ供給する水蒸気の量を原料炭化水素に対して80
0kg/トンの条件下で原料炭化水素を反応させ、カー
ボンブラックを得た。このカーボンブラックをN2雰囲
気下600℃、5時間処理することによりカーボンブラ
ックB−8を得た。
<Carbon Black B-8> In-furnace temperature: 1250 ° C., in-furnace pressure: 30 Kg / cm 2 ,
The amount of steam supplied to the furnace is 80 with respect to the raw hydrocarbons.
The raw material hydrocarbon was reacted under the condition of 0 kg / ton to obtain carbon black. Carbon black B-8 was obtained by treating this carbon black in an N 2 atmosphere at 600 ° C. for 5 hours.

【0041】得られたカーボンブラックの性状を表1お
よび表2に示す。
The properties of the resulting carbon black are shown in Tables 1 and 2.

【0042】なお、一酸化炭素/二酸化炭素の比(CO
/CO2)は、カーボンブラックを減圧下950℃に加熱
し、発生したガスをガスクロマトグラフィーで定量する
ことにより求めた。
The carbon monoxide / carbon dioxide ratio (CO
/ CO 2 ) was determined by heating carbon black to 950 ° C. under reduced pressure and quantifying the generated gas by gas chromatography.

【0043】また、ミクロ細孔容積が最大値となるとこ
ろのミクロ細孔幅(オングストローム)およびミクロ細
孔容積の最大値(ml/オングストローム/g)は、カン
タークロム社製のオートソープ1−MP型を用い、窒素
吸着等温線より、HK法によりミクロ細孔幅とミクロ細
孔容積の関係曲線を算出、プロットすることにより求め
た。また、全細孔容積(ml/g)は窒素吸着等温線よ
り求めた。
The maximum micropore width (angstrom) and the maximum micropore volume (ml / angstrom / g) at which the micropore volume reaches the maximum value are the Autosoap 1-MP manufactured by Canterchrome Co. Using a mold, from the nitrogen adsorption isotherm, the relationship curve between the micropore width and the micropore volume was calculated and plotted by the HK method. The total pore volume (ml / g) was determined from the nitrogen adsorption isotherm.

【0044】[0044]

【表1】 性 状 B−1 B−2 B−3 B−4 CO/CO2 (−) 4.2 8.4 3.6 7.4 細孔幅*1 6.0 2.0 5.9 6.2 (オングストローム) ミクロ細孔容積の最大値 0.070 0.120 0.110 0.115 (ml/オングストローム/g)全細孔容積(ml/g) 2.3 4.6 3.8 4.5 *1 )ミクロ細孔容積が最大値となるところのミクロ細孔幅[Table 1] Properties B-1 B-2 B-3 B-4 CO / CO 2 (-) 4.2 8.4 3.6 7.4 Pore width * 1 6.0 2.0 5.9 6.2 (angstrom) Maximum value of micropore volume 0.070 0.120 0.110 0.115 (ml / angstrom / g) Total pore volume (ml / g) 2.3 4.6 3.8 4.5 * 1 ) Micropore width where the micropore volume reaches its maximum value

【0045】[0045]

【表2】 性 状 B−5 B−6 B−7 B−8 CO/CO2 (−) 9.1 8.2 8.3 8.2 細孔幅*1 5.8 5.9 6.0 6.2 (オングストローム) ミクロ細孔容積の最大値 0.113 0.098 0.127 0.110 (ml/オングストローム/g)全細孔容積(ml/g) 4.6 4.2 4.8 4.5 *1 )ミクロ細孔容積が最大値となるところのミクロ細孔幅TABLE 2 Typical Properties B-5 B-6 B- 7 B-8 CO / CO 2 (-) 9.1 8.2 8.3 8.2 pore width * 1 5.8 5.9 6. 0 6.2 (angstrom) Maximum value of micropore volume 0.113 0.098 0.127 0.110 (ml / angstrom / g) Total pore volume (ml / g) 4.6 4.2 4.2. 8 4.5 * 1 ) Micropore width where the micropore volume reaches its maximum value

【0046】また、アセチレンブラックである電気化学
製デンカブラックを比較例として用いた。アセチレンブ
ラック(カーボンブラックB−9とする)の性状を表3
に示す。
Denka black produced by Electrochemical Co., which is acetylene black, was used as a comparative example. Table 3 shows the properties of acetylene black (referred to as carbon black B-9).
Shown in.

【0047】[0047]

【表3】 性 状 アセチレンブラック(B-9) CO/CO2 (−) 44.0 細孔幅*1 (オングストローム) 6.1 ミクロ細孔容積の最大値(ml/オングストローム/g) 0.010 全細孔容積(ml/g) 0.74 *1 )ミクロ細孔容積が最大値となるところのミクロ細孔幅[Table 3] Properties Acetylene black (B-9) CO / CO 2 (−) 44.0 Pore width * 1 (angstrom) 6.1 Maximum value of micropore volume (ml / angstrom / g) 010 total pore volume (ml / g) 0.74 * 1 ) Micropore width where the micropore volume reaches its maximum value

【0048】(実施例1:リチウムイオン二次電池)リ
チウムイオン二次電池の正極を下記の通りに作製した。
正極活物質である0.1μm程度から100μmまでの
粒径分布を持つマンガン酸リチウム(LiMn24)1
00質量部に、各種カーボンブラックを表4及び表5に
示すような組成で添加した。これに、結着剤としてのポ
リフッ化ビニリデン樹脂(PVDF)を10質量部添加
し、これに分散溶媒としてN−メチルピロリドン(NM
P)200質量部を添加、混練した活物質合剤スラリー
を厚み20μmの二次元集電体であるアルミニウム箔の
両面に塗布、その後乾燥、プレス、断裁することにより
厚み200μmの正極を得た。
Example 1 Lithium Ion Secondary Battery A positive electrode for a lithium ion secondary battery was prepared as follows.
Lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) 1 having a particle size distribution of about 0.1 μm to 100 μm, which is a positive electrode active material
Various carbon blacks having the compositions shown in Tables 4 and 5 were added to 100 parts by mass. To this, 10 parts by mass of polyvinylidene fluoride resin (PVDF) as a binder was added, and N-methylpyrrolidone (NM) was added as a dispersion solvent.
P) 200 parts by mass of the active material mixture slurry added and kneaded was applied to both sides of an aluminum foil that is a two-dimensional current collector having a thickness of 20 μm, and then dried, pressed and cut to obtain a positive electrode having a thickness of 200 μm.

【0049】負極は下記の通りに作製した。グラファイ
ト粉末に結着剤としてのPVDFをグラファイト100
質量部に対して10質量部添加し、これに分散溶媒とし
てNMPを100部添加、分散したスラリーを二次元集
電体である厚み10μmの圧延銅箔の両面に塗布、その
後乾燥、プレス、断裁することにより厚み130μmの
負極を得た。
The negative electrode was prepared as follows. PVDF as a binder is added to graphite powder 100
10 parts by mass with respect to parts by mass, 100 parts by mass of NMP as a dispersion solvent was added thereto, and the dispersed slurry was applied to both sides of a rolled copper foil having a thickness of 10 μm, which is a two-dimensional current collector, and then dried, pressed and cut. By doing so, a negative electrode having a thickness of 130 μm was obtained.

【0050】上記の方法により作製された正極・負極を
捲回し、この捲回群を厚み25μmのポリエチレン製セ
パレータを介して円筒形の電池容器に収納し、リチウム
イオン二次電池を得た。電解液にはLiPF6を1モル
/L溶解させたエチレンカーボネートとジメチルカーボ
ネートの混合液を用い、上蓋をカシメ、封口後、注液口
より上記電解液を所定量注入、封口した。この電池の設
計値の電池容量は1300mAhである。
The positive electrode and the negative electrode produced by the above method were wound, and the wound group was housed in a cylindrical battery container via a polyethylene separator having a thickness of 25 μm to obtain a lithium ion secondary battery. As the electrolytic solution, a mixed solution of ethylene carbonate and dimethyl carbonate in which 1 mol / L of LiPF 6 was dissolved was used. After caulking and sealing the upper lid, a predetermined amount of the electrolytic solution was injected through the injection port and sealed. The designed battery capacity of this battery is 1300 mAh.

【0051】以上のように作製した電池(No.1〜1
3)について、放電容量及び重負荷特性を測定した。放
電容量試験は、定電流で8時間率(1/8C)で8時間
充電した後、1/8Cで終電圧=3.2Vまで放電し
た。この条件での各々の電池の放電容量を表4に示す。
放電容量は表4の実施例(No.1)の放電容量を10
0%としたときの比率(%)で示した。重負荷特性は、
初期容量試験後、充放電効率が安定した後、定電流で1
/8Cで8時間充電し、放電を1/8C、終止電圧=
3.2Vで実施したときの放電容量(X)と、同様に1
/2時間率(2C)で放電し、終止電圧=3.2Vで実
施したときの放電容量(Y)を測定した。1/8C放電
に対する2C放電容量比率、Y/X(%)を重負荷特性
の指標として表4及び表5に示す。この値が大きいほ
ど、重負荷特性に優れると言うことが出来る。
The batteries manufactured as described above (Nos. 1 to 1)
Regarding 3), the discharge capacity and heavy load characteristics were measured. In the discharge capacity test, the battery was charged at a constant current for 8 hours at a rate (1 / 8C) for 8 hours, and then discharged at 1 / 8C to a final voltage of 3.2V. Table 4 shows the discharge capacity of each battery under these conditions.
As for the discharge capacity, the discharge capacity of the example (No. 1) in Table 4 was 10
The ratio (%) when 0% is indicated. The heavy load characteristics are
After the initial capacity test, after the charge and discharge efficiency became stable, 1 at constant current
/ 8C charge for 8 hours, discharge 1 / 8C, end voltage =
Similarly to the discharge capacity (X) when implemented at 3.2V,
The discharge capacity (Y) was measured when the battery was discharged at a rate of / 2 hours (2C) and the final voltage was 3.2V. 2C discharge capacity ratio to 1 / 8C discharge and Y / X (%) are shown in Tables 4 and 5 as indexes of heavy load characteristics. It can be said that the larger this value is, the more excellent the heavy load characteristic is.

【0052】[0052]

【表4】 正極組成(質量部) 放電容量 重負荷特性 No. B-4 B-5 B-6 B-7 B-8 活物質 PVDF (%) (%) 1 3.0 − − − − 100 10 100 88 2 − 3.0 − − − 100 10 105 90 3 7.0 − − − − 100 10 110 92 4 − − 3.0 − − 100 10 95 87 5 − − − 3.0 − 100 10 115 93 6 − − − − 3.0 100 10 110 91 7 − − 7.0 − − 100 10 105 89 8 − − − 0.5 − 100 10 95 86 [Table 4] Positive electrode composition (parts by mass) Discharge capacity Heavy load characteristics No. B-4 B-5 B-6 B-7 B-8 Active material PVDF (%) (%) 1 3.0 − − − − 100 10 100 88 2 − 3.0 − − − 100 10 105 90 90 3 7.0 − − − − 100 10 110 92 4 4 − − 3.0 − − 100 10 95 9 87 5 − − − 3.0 − 100 10 115 115 3 36 − − − − 3.0 100 10 110 9 91 7 − − 7.0 − − 100 10 105 105 89 8 − − − 0.5 − 100 10 95 86

【0053】[0053]

【表5】 正極組成(質量部) 放電容量 重負荷特性 No. B-1 B-2 B-3 B-9 活物質 PVDF (%) (%) 9 3.0 − − − 100 10 78 78 10 − 3.0 − − 100 10 60 50 11 − − 3.0 − 100 10 82 83 12 − − − 3.0 100 10 52 44 13 − − − 10.0 100 10 60 50 [Table 5] Positive electrode composition (parts by mass) Discharge capacity Heavy load characteristics No. B-1 B-2 B-3 B-9 Active material PVDF (%) (%) 9 3.0 − − − 100 10 78 78 78 10 − 3.0 − − 100 10 60 50 50 11 − − 3.0 − 100 10 82 83 12 − 12 − − − 3.0 100 10 52 44 13 − − − 10.0 100 10 60 50

【0054】表4及び表5から明らかなように、本発明
のカーボンブラックを正極に含むリチウムイオン二次電
池は、高い放電容量とともに重負荷特性に優れている。
これに対して、本発明以外のカーボンブラックを正極に
含むリチウムイオン二次電池は放電容量、重負荷特性と
もに劣ることがわかる。
As is clear from Tables 4 and 5, the lithium ion secondary battery containing the carbon black of the present invention in the positive electrode has a high discharge capacity and an excellent heavy load characteristic.
On the other hand, it is understood that the lithium ion secondary battery containing carbon black other than the present invention in the positive electrode is inferior in both discharge capacity and heavy load characteristics.

【0055】(実施例2:ニッケル水素二次電池)ニッ
ケル水素二次電池の負極を下記の通りに作製した。活物
質である水素吸蔵合金としてミッシュメタルニッケル系
合金(AB5系合金)粉末100質量部と、表6及び表
7に示す各種カーボンブラックおよびポリテトラフルオ
ロエチレン(PTFE)のディスパージョンを固形分で
1.5質量部、カルボキシメチルセルロース(CMC)
0.5質量部を水200質量部に分散し、ペーストを作
製した。得られたペーストを集電体であるニッケルメッ
キされたパンチングメタルに塗布し、80℃で乾燥、ロ
ールプレスで厚さを調整した後、所定の大きさに切断し
て負極電極を作製した。
(Example 2: Nickel-hydrogen secondary battery) A negative electrode of a nickel-hydrogen secondary battery was prepared as follows. 100 parts by mass of Misch metal nickel alloy (AB 5 alloy) powder as a hydrogen storage alloy which is an active material, and dispersions of various carbon blacks and polytetrafluoroethylene (PTFE) shown in Tables 6 and 7 in solid content. 1.5 parts by mass, carboxymethyl cellulose (CMC)
0.5 part by mass was dispersed in 200 parts by mass of water to prepare a paste. The obtained paste was applied to a nickel-plated punching metal serving as a current collector, dried at 80 ° C., the thickness was adjusted by a roll press, and then cut into a predetermined size to prepare a negative electrode.

【0056】ニッケル水素二次電池の正極を下記の通り
に作製した。水酸化ニッケル粉末100質量部、酸化コ
バルト6質量部、PTFEのディスパージョンを固形分
で3.0質量部、CMC1.0質量部を水200部に分
散、ペーストを作製した。得られたペーストを集電体で
ある発泡メタルに塗布含浸させ、乾燥した後、所定の大
きさに切断して正極電極を作製した。
The positive electrode of the nickel-hydrogen secondary battery was produced as follows. 100 parts by mass of nickel hydroxide powder, 6 parts by mass of cobalt oxide, 3.0 parts by mass of PTFE dispersion in solid content, 1.0 part by mass of CMC were dispersed in 200 parts of water to prepare a paste. The obtained paste was applied and impregnated on a foam metal serving as a current collector, dried, and then cut into a predetermined size to prepare a positive electrode.

【0057】正極と負極との間に、ナイロン不織布製セ
パレータを挟み、渦巻き状に捲き、単3サイズの電池缶
に挿入した後、電解液として31質量%の水酸化カリウ
ム水溶液を注入し、定格容量1000mAhの密閉型円
筒電池(No.17〜29)を作製した。試験電池を1
Cで150%充電した後、カットオフ電圧を1.0Vに
して1Cで放電させ、放電容量を測定し、さらに同様の
充放電を最大500回繰り返し、容量が初期の70%
(700mAh)になるまでの放電回数を測定し、サイ
クル特性の値とした。これらの測定結果を表6及び表7
に示す。なお、500回時点で70%以上を維持できた
電池のサイクル特性は○、50%以下まで低下した電池
のサイクル特性は×として記した。また、放電容量は表
6の実施例(No.17)の放電容量を100%とした
ときの比率(%)で示した。
A nylon non-woven fabric separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, wound in a spiral shape, and inserted into an AA size battery can. Then, a 31% by mass aqueous potassium hydroxide solution was injected as an electrolytic solution to obtain a rating. A sealed cylindrical battery (No. 17 to 29) having a capacity of 1000 mAh was produced. 1 test battery
After charging 150% with C, set the cutoff voltage to 1.0V and discharge at 1C, measure the discharge capacity, and repeat the same charging / discharging up to 500 times, the capacity is 70% of the initial value.
The number of discharges until reaching (700 mAh) was measured and used as the value of cycle characteristics. These measurement results are shown in Table 6 and Table 7.
Shown in. The cycle characteristics of the battery that could maintain 70% or more at the time of 500 times were marked as ◯, and the cycle characteristics of the battery that decreased to 50% or less were marked as x. Further, the discharge capacity is shown as a ratio (%) when the discharge capacity of the example (No. 17) in Table 6 is 100%.

【0058】[0058]

【表6】 負極組成(質量部) 放電容量 サイクル No. B-4 B-5 B-6 B-7 活物質 CMC PTFE (%) 特性 17 0.5 − − − 100 0.5 1.5 100 ○ 18 − 0.5 − − 100 0.5 1.5 103 ○ 19 5.0 − − − 100 0.5 1.5 108 ○ 20 − − 0.5 − 100 0.5 1.5 98 ○ 21 − − − 0.5 100 0.5 1.5 112 ○ 22 − − − 3.0 100 0.5 1.5 110 ○ 23 − − 5.0 − 100 0.5 1.5 103 ○ 24 − 2.0 − − 100 0.5 1.5 104 ○ [Table 6] Negative electrode composition (parts by mass) Discharge capacity Cycle No. B-4 B-5 B-6 B-7 Active material CMC PTFE (%) Characteristic 17 0.5 − − − 100 0.5 1.5 100 ○ 18 − 0.5 − − 100 0.5 1.5 103 ○ 19 5.0 − − − 100 0.5 1.5 108 ○ 20 − − 0.5 − 100 0.5 1.5 98 ○ 21 − − − 0.5 100 0.5 1.5 112 ○ 22 − − − 3.0 100 0.5 1.5 110 ○ 23 − − 5.0 − 100 0.5 1.5 103 ○ 24 − 2.0 − − 100 0.5 1.5 104 ○

【0059】[0059]

【表7】 負極組成(質量部) 放電容量 サイクル No. B-1 B-2 B-3 B-9 活物質 CMC PTFE (%) 特性 25 0.5 − − − 100 0.5 1.5 81 ○ 26 − 0.5 − − 100 0.5 1.5 64 × 27 − − 0.5 − 100 0.5 1.5 85 ○ 28 − − − 0.5 100 0.5 1.5 58 × 29 − − − 5.0 100 0.5 1.5 66 × [Table 7] Negative electrode composition (parts by mass) Discharge capacity Cycle No. B-1 B-2 B-3 B-9 Active material CMC PTFE (%) Characteristics 25 0.5 − − − 100 0.5 1.5 81 ○ 26 − 0.5 − − 100 0.5 1.5 64 × 27 − − 0.5 − 100 0.5 1.5 85 ○ 28 − − − 0.5 100 0.5 1.5 58 × 29 − − − 5.0 100 0.5 1.5 66 ×

【0060】表6及び表7から明らかなように、本発明
のカーボンブラックを負極に含むニッケル水素電池は、
高い放電容量とともにサイクル特性に優れている。これ
に対して、本発明以外のカーボンブラックを負極に含む
ニッケル水素電池は放電容量、サイクル特性ともに劣る
ことがわかる。
As is clear from Tables 6 and 7, the nickel-hydrogen battery containing the carbon black of the present invention in the negative electrode is
It has a high discharge capacity and excellent cycle characteristics. On the other hand, it can be seen that the nickel-hydrogen battery containing carbon black other than the present invention in the negative electrode is inferior in discharge capacity and cycle characteristics.

【0061】(実施例3:電気二重層型キャパシター)活
物質であるフェノール系の溶媒KOH賦活処理活性炭粉
末(比表面積1950m2/g、平均粒径10μm)、
各種カーボンブラック及びポリテトラフルオロエチレン
(PTFE)10質量部からなる混合物に5質量部のエ
タノールを加えて混練し、ロール圧延して幅10cm、
長さ10cm、厚さ0.65mmのシートとしこれを2
00℃で2時間乾燥した。
Example 3 Electric Double Layer Capacitor Phenolic Solvent KOH Activated Activated Carbon Powder (Specific Surface Area 1950 m 2 / g, Average Particle Size 10 μm) as Active Material,
To a mixture of 10 parts by mass of various carbon blacks and polytetrafluoroethylene (PTFE), 5 parts by mass of ethanol was added, kneaded, and rolled to obtain a width of 10 cm.
Make a sheet with a length of 10 cm and a thickness of 0.65 mm, and
It was dried at 00 ° C. for 2 hours.

【0062】上記シートを直径12mmに打ち抜いて得
た分極性電極を、黒鉛系導電性接着剤でステンレス31
6製容器のケース及び蓋に接着し、これを正極および負
極とした。分極性電極が張り付けられた蓋とケースを3
00℃の減圧下で4時間乾燥後、アルゴン雰囲気下のグ
ローブボックス中に移し、1モル/リットルのテトラエ
チルアンモニウムテトラフルオロボレートを含むプロピ
レンカーボネート溶液を電極に含浸し、ポリプロピレン
製不織布のセパレータを介して両極を対向させ、ポリプ
ロピレン製絶縁ガスケットを用いて容器中にかしめ封口
した。得られたコイン型電気二重層キャパシターは、直
径18.3mm、厚さ2.0mmのものである。
A polarizable electrode obtained by punching out the above sheet to a diameter of 12 mm was made of stainless steel 31 with a graphite-based conductive adhesive.
It was adhered to the case and lid of the No. 6 container and used as the positive electrode and the negative electrode. 3 covers and case with polarizable electrodes attached
After drying for 4 hours under reduced pressure at 00 ° C., it was transferred into a glove box under an argon atmosphere, the electrode was impregnated with a propylene carbonate solution containing 1 mol / liter of tetraethylammonium tetrafluoroborate, and a polypropylene non-woven fabric separator was used. Both electrodes were made to face each other and caulked and sealed in a container using an insulating gasket made of polypropylene. The obtained coin type electric double layer capacitor has a diameter of 18.3 mm and a thickness of 2.0 mm.

【0063】得られたコイン型電気二重層キャパシター
(No.30〜42)を印可電圧2.5(V)で充電
し、約0.5mAで放電したときの初期の静電容量
(F)を測定した。さらに同様の充放電を最大1000
回繰り返し、容量が初期の70%になるまでの放電回数
を測定し、サイクル特性の値とした。これらの測定結果
を表8及び表9に示す。なお、1000回時点で70%
以上を維持できた電池のサイクル特性は○、50%以下
まで低下した電気二重層キャパシターのサイクル特性は
×を記した。
The initial electrostatic capacitance (F) when the obtained coin type electric double layer capacitors (No. 30 to 42) were charged with an applied voltage of 2.5 (V) and discharged at about 0.5 mA. It was measured. Further, the same charge / discharge can be performed up to 1000
Repeated times, the number of discharges until the capacity reached 70% of the initial value was measured and used as the value of cycle characteristics. The results of these measurements are shown in Tables 8 and 9. 70% at 1000 times
The cycle characteristics of the battery capable of maintaining the above are marked with ◯, and the cycle characteristics of the electric double layer capacitor reduced to 50% or less are marked with x.

【0064】[0064]

【表8】 電極組成(質量部) 静電容量 サイクル No. B-4 B-5 B-6 B-7 B-8 活物質 PTFE (F) 特性 30 10 − − − − 80 10 3.0 ○ 31 − 10 − − − 80 10 3.1 ○ 32 20 − − − − 80 10 3.2 ○ 33 − − 10 − − 80 10 2.9 ○ 34 − − − 10 − 80 10 3.3 ○ 35 − − − − 10 80 10 3.2 ○ 36 − − 15 − − 80 10 3.0 ○ 37 − − − 5 − 80 10 2.9 ○ [Table 8] Electrode composition (parts by mass) Capacitance cycle No. B-4 B-5 B-6 B-7 B-8 Active material PTFE (F) Characteristics 30 10 − − − − 80 10 3.0 ○ 31 − 10 − − − 80 10 3.1 ○ 32 20 − − − − 80 10 3.2 ○ 33 − − 10 − − 80 10 2.9 ○ 34 − − − 10 − 80 10 3.3 ○ 35 − − − − 80 80 10 3.2 ○ 36 − − 15 − − 80 10 3.0 ○ 37 − − − 5 − 80 10 2.9 ○

【0065】[0065]

【表9】 電極組成(質量部) 静電容量 サイクル No. B-1 B-2 B-3 B-9 活物質 PTFE (F) 特性 38 10 − − − 80 10 2.5 ○ 39 − 10 − − 80 10 2.3 × 40 − − 10 − 80 10 2.6 ○ 41 − − − 5 80 10 2.0 × 42 − − − 15 80 10 2.2 × [Table 9] Electrode composition (parts by mass) Capacitance cycle No. B-1 B-2 B-3 B-9 Active material PTFE (F) Characteristic 38 10 − − − 80 10 2.5 ○ 39 −10 − − 80 10 2.3 × 40 − − 10 − 80 10 2. 6 ○ 41 − − − 5 80 10 2.0 × 42 − − − 15 80 10 2.2 ×

【0066】表8及び表9より、本発明のカーボンブラ
ックを用いることで、静電容量とサイクル特性に優れる
電気二重層型キャパシターが得られることがわかる。
From Tables 8 and 9, it can be seen that by using the carbon black of the present invention, an electric double layer type capacitor having excellent capacitance and cycle characteristics can be obtained.

【0067】(実施例4:リチウム−二酸化マンガン一
次電池)電解二酸化マンガン100質量部、各種カーボ
ンブラックおよびポリテトラフルオロエチレン(PTF
E)5質量部を混練し、正極合剤を作製した。また、金
属リチウムを直径15mm、厚み0.25mmの大きさ
に切り抜いて負極体とした。
(Example 4: Lithium-manganese dioxide primary battery) 100 parts by mass of electrolytic manganese dioxide, various carbon blacks and polytetrafluoroethylene (PTF).
E) 5 parts by mass were kneaded to prepare a positive electrode mixture. Further, metallic lithium was cut into a size of 15 mm in diameter and 0.25 mm in thickness to obtain a negative electrode body.

【0068】また、ステンレス鋼製の正極缶に上記した
正極合剤を着設し、その上に、セパレータとしてのポリ
プロピレン不織布を載置した後、そこにLiClO4
濃度1モル/Lで脱水プロピレンカーボネートと1,2
−ジメトキシエタンの混合溶媒(体積比1:1)に溶解
せしめた非水電解液を含浸せしめた。その上に、上記負
極体を載置して発電要素を構成し、電池(No.43〜
55)を作製した。
Further, the positive electrode mixture described above was attached to a positive electrode can made of stainless steel, and a polypropylene nonwoven fabric as a separator was placed thereon, and then LiClO 4 was dehydrated at a concentration of 1 mol / L in propylene. Carbonate and 1,2
A non-aqueous electrolyte solution dissolved in a mixed solvent of dimethoxyethane (volume ratio 1: 1) was impregnated. The negative electrode body is placed thereon to form a power generating element, and the battery (No. 43 to
55) was prepared.

【0069】この電池について、1kΩの定抵抗放電を
おこない、放電容量を求めた。結果を表10及び表11
に示す。なお、放電容量は表10の実施例(No.4
3)の放電容量を100%としたときの比率(%)で示
した。
A constant resistance discharge of 1 kΩ was performed on this battery to determine the discharge capacity. The results are shown in Table 10 and Table 11.
Shown in. The discharge capacities are shown in Table 10 (Example No. 4).
It is shown as a ratio (%) when the discharge capacity of 3) is 100%.

【0070】[0070]

【表10】 正極組成(質量部) 放電容量 No. B-4 B-5 B-6 B-7 B-8 活物質 PTFE (%) 43 5 − − − − 100 5 100 44 − 5 − − − 100 5 102 45 10 − − − − 100 5 107 46 − − 5 − − 100 5 97 47 − − − 5 − 100 5 111 48 − − − − 5 100 5 108 49 − − 15 − − 100 5 108 50 − − − 3 − 100 5 95 [Table 10] Positive electrode composition (parts by mass) Discharge capacity No. B-4 B-5 B-6 B-7 B-8 Active material PTFE (%) 435 − − − − 100 5 100 44 − 5 − − − 100 5 102 45 10 − − − − 100 5 107 46 − − 5 − − 100 5 97 47 − − − − 5 − 100 5 111 48 − − − − 5 100 5 108 49 − − 15 − − 100 5 108 50 − − − 3 − 100 5 95

【0071】[0071]

【表11】 正極組成(質量部) 放電容量 No. B-1 B-2 B-3 B-9 活物質 PTFE (%) 51 5 − − − 100 5 86 52 − 5 − − 100 5 68 53 − − 5 − 100 5 88 54 − − − 5 100 5 58 55 − − − 15 100 5 66 Table 11 Positive electrode composition (parts by mass) Discharge capacity No. B-1 B-2 B-3 B-9 Active material PTFE (%) 51 5 − − − 100 5 86 52 − 5 − − 100 5 68 53 − − 5 − 100 5 88 54 − − − 5 100 5 58 55 − − − 15 100 5 66

【0072】表10及び表11より、本発明のカーボン
ブラックを用いることで、放電容量に優れるリチウム−
二酸化マンガン一次電池が得られることがわかる。
From Tables 10 and 11, the use of the carbon black of the present invention makes it possible to obtain a lithium-based battery having excellent discharge capacity.
It can be seen that a manganese dioxide primary battery can be obtained.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
カーボンブラックのミクロ細孔容積とミクロ細孔幅の関
係曲線から導かれるミクロ細孔容積が最大値となるとこ
ろのミクロ細孔幅が一定範囲内にあり、かつミクロ細孔
容積の最大値が一定範囲内にある特定のカーボンブラッ
クを、電池または電気二重層型キャパシターの電極組成
として用いることよって、容量、重負荷特性、サイクル
特性に優れた電池または電気二重層型キャパシターを得
ることができる。
As described above, according to the present invention,
The micropore width derived from the relationship curve between the micropore volume and the micropore width of carbon black is the maximum value, and the maximum micropore volume is constant. By using a specific carbon black within the range as an electrode composition of a battery or an electric double layer type capacitor, a battery or an electric double layer type capacitor excellent in capacity, heavy load characteristics and cycle characteristics can be obtained.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01G 9/058 H01G 9/00 301A (72)発明者 水田 正明 東京都墨田区両国1丁目12番8号 ムネカ ワビル ケッチェン・ブラック・インター ナショナル株式会社内 Fターム(参考) 4G146 AA01 4J037 BB05 BB15 BB28 BB31 5H050 AA02 AA07 AA08 BA06 BA14 BA17 CA03 CA05 CA09 CB08 CB12 CB17 DA10 EA10 HA01 HA06 HA07 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01G 9/058 H01G 9/00 301A (72) Inventor Masaaki Mizuta 1-12-8 Ryogoku, Sumida-ku, Tokyo F-term in Muneka Waviru Ketjen Black International Co., Ltd. (reference) 4G146 AA01 4J037 BB05 BB15 BB28 BB31 5H050 AA02 AA07 AA08 BA06 BA14 BA17 CA03 CA05 CA09 CB08 CB12 CB17 DA10 EA10 HA01 HA06 HA07

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電池または電気二重層型キャパシターの
電極組成として用いられるカーボンブラックであって、
ミクロ細孔容積とミクロ細孔幅の関係曲線から導かれる
ミクロ細孔容積が最大値となるところのミクロ細孔幅が
4.0〜8.0オングストロームの範囲内にあり、かつ
ミクロ細孔容積の最大値が0.060〜0.135ml
/オングストローム/gであることを特徴とする電池また
は電気二重層型キャパシターの電極用カーボンブラッ
ク。
1. A carbon black used as an electrode composition of a battery or an electric double layer type capacitor, comprising:
The micropore width where the maximum value of the micropore volume derived from the relational curve of the micropore volume and the micropore width is in the range of 4.0 to 8.0 angstrom, and the micropore volume is The maximum value of 0.060-0.135 ml
Carbon black for electrodes of batteries or electric double layer type capacitors, characterized in that it is / angstrom / g.
【請求項2】 前記ミクロ細孔容積の最大値が、0.0
75〜0.135ml/オングストローム/gである請求
項1に記載の電池または電気二重層型キャパシターの電
極用カーボンブラック。
2. The maximum value of the micropore volume is 0.0
The carbon black for an electrode of a battery or an electric double layer type capacitor according to claim 1, which has an amount of 75 to 0.135 ml / angstrom / g.
【請求項3】 前記ミクロ細孔容積の最大値が、0.0
90〜0.135ml/オングストローム/gである請求
項1に記載の電池または電気二重層型キャパシターの電
極用カーボンブラック。
3. The maximum value of the micropore volume is 0.0
The carbon black for an electrode of a battery or an electric double layer type capacitor according to claim 1, wherein the carbon black is 90 to 0.135 ml / angstrom / g.
【請求項4】 全細孔容積が、3.5〜5.0ml/g
である請求項1〜3のいずれかに記載の電池または電気
二重層型キャパシターの電極用カーボンブラック。
4. The total pore volume is 3.5 to 5.0 ml / g.
The carbon black for an electrode of a battery or an electric double layer type capacitor according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】 全細孔容積が、4.0〜5.0ml/g
である請求項1〜3のいずれかに記載の電池または電気
二重層型キャパシターの電極用カーボンブラック。
5. The total pore volume is 4.0 to 5.0 ml / g.
The carbon black for an electrode of a battery or an electric double layer type capacitor according to any one of claims 1 to 3.
【請求項6】 950℃における揮発分の一酸化炭素/
二酸化炭素の比が、6.0〜10.0である請求項1〜
5のいずれかに記載の電池または電気二重層型キャパシ
ターの電極用カーボンブラック。
6. Carbon monoxide having a volatile content at 950 ° C. /
The ratio of carbon dioxide is 6.0 to 10.0.
5. Carbon black for electrodes of the battery or electric double layer type capacitor according to any one of 5 above.
【請求項7】 前記ミクロ細孔幅が4.5〜7.5オン
グストロームの範囲内にあり、かつミクロ細孔容積の最
大値が0.095〜0.130ml/オングストローム/
gで、前記全細孔容積が4.1〜4.9ml/gで、前
記一酸化炭素/二酸化炭素の比が6.5〜9.5である
請求項1〜6のいずれかに記載の電池または電気二重層
型キャパシターの電極用カーボンブラック。
7. The micropore width is in the range of 4.5 to 7.5 angstroms, and the maximum micropore volume is 0.095 to 0.130 ml / angstrom /
7. The total pore volume in g is 4.1 to 4.9 ml / g and the carbon monoxide / carbon dioxide ratio is 6.5 to 9.5. Carbon black for electrodes of batteries or electric double layer capacitors.
【請求項8】 、前記ミクロ細孔幅が5.0〜7.0オ
ングストロームの範囲内にあり、かつミクロ細孔容積の
最大値が0.100〜0.125ml/オングストロー
ム/gで、前記全細孔容積が4.2〜4.8ml/gで、
前記一酸化炭素/二酸化炭素の比が7.0〜9.0であ
る請求項1〜6のいずれかに記載の電池または電気二重
層型キャパシターの電極用カーボンブラック。
8. The micropore width is in the range of 5.0 to 7.0 angstroms, and the maximum value of the micropore volume is 0.100 to 0.125 ml / angstrom / g. Pore volume is 4.2-4.8 ml / g,
The carbon black for an electrode of a battery or an electric double layer type capacitor according to claim 1, wherein the carbon monoxide / carbon dioxide ratio is 7.0 to 9.0.
【請求項9】 電池が一次電池又は二次電池である請求
項1〜8のいずれかに記載の電池または電気二重層型キ
ャパシターの電極用カーボンブラック。
9. The carbon black for an electrode of a battery or an electric double layer type capacitor according to claim 1, wherein the battery is a primary battery or a secondary battery.
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